Підвищення енергетичної ефективності тягових інверторів електрорухомого складу

Abstract

UA: Об’єктом дослідження є процеси перетворення електричної енергії в тягових інверторах напруги електрорухомого складу. Метою роботи є дослідження енергетичних характеристик дворівневих і трирівневих інверторів напруги та визначення втрат потужності при використанні різних алгоритмів модуляції. У роботі виконано порівняльний аналіз дворівневих і трирівневих інверторів напруги, що застосовуються в асинхронних тягових електроприводах. Розглянуто алгоритми одноразової та широтно-імпульсної модуляції, зокрема синусоїдальну, трапецієподібну, векторну та режим перемодуляції. В середовищі Matlab/Simulink розроблено імітаційні моделі інверторів, на яких визначено основні енергетичні показники та вплив методів керування на форму напруги і струму. У програмі Melcosim проведено аналіз статичних і динамічних втрат потужності в силових IGBT-модулях типу CM1200HG-90R і CM1200HC-66C. Результати показали, що трирівневі інвертори мають вищу енергоефективність і менші гармонійні спотворення порівняно з дворівневими, що підтверджує доцільність їх використання в тягових електроприводах електрорухомого складу.

EN: The object of research is the energy conversion processes in traction voltage source inverters of electric rolling stock. The aim of the research is to analyze the energy characteristics of two-level and three-level voltage inverters and to determine power losses under different modulation algorithms. A comparative analysis of two-level and three-level inverters used in asynchronous traction drives has been carried out. The study covers single modulation and pulse-width modulation (PWM) algorithms, including sinusoidal, trapezoidal, vector, and overmodulation modes. Simulation models of both inverters were developed in Matlab/Simulink to evaluate their energy parameters and waveform quality. Using Melcosim, static and dynamic power losses in IGBT modules (CM1200HG-90R, CM1200HC-66C) were calculated. The results demonstrate that three-level voltage inverters exhibit higher efficiency and lower harmonic distortion than two-level designs, confirming their suitability for traction applications in electric rolling stock.